機(jī)械制造硬度的定義、測(cè)試、選用及換算

機(jī)械制造中所用的刀具、量具、模具等，都應(yīng)具備足夠的硬度，才能保證使用性能和壽命，今天小編就和您聊一聊「硬度」相關(guān)的話題。

硬度是衡量材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。通常，材料越硬，其耐磨性越好，比如齒輪等機(jī)械零部件會(huì)要求有一定的硬度，以保證足夠的耐磨性和使用壽命。

硬度的類(lèi)型

硬度的種類(lèi)/點(diǎn)擊查看大圖

如上圖，硬度原來(lái)有這么多種類(lèi)型...今天為您介紹一下金屬硬度中常見(jiàn)的、實(shí)用的壓痕硬度試驗(yàn)。

硬度的定義

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布氏硬度

Brinell Hardness布氏硬度（符號(hào)HB）試驗(yàn)方法，在已成公認(rèn)規(guī)格的硬度中，是最早被開(kāi)發(fā)總結(jié)出來(lái)的一種方法，它促成了其他硬度試驗(yàn)方法的出現(xiàn)。

布氏硬度試驗(yàn)的原理為：壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球、直徑Dmm)施加試驗(yàn)力F，試樣打壓后，提升壓頭留下的凹部直徑d(mm)中計(jì)算出球壓頭與試樣的接觸面積S(mm2)，除試驗(yàn)力而得出的值。壓頭為鋼球時(shí)的符號(hào)為HBS、硬質(zhì)合金球時(shí)為HBW。k是常數(shù)(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

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維氏硬度

Vickers Hardness

維氏硬度（符號(hào)HV）是可以用任意試驗(yàn)力進(jìn)行試驗(yàn)的應(yīng)用范圍最為廣泛的試驗(yàn)方法，特別在9.807N以下的微小硬度領(lǐng)域的應(yīng)用非常多。

維氏硬度是將試驗(yàn)力F(N)除以標(biāo)準(zhǔn)片與壓頭之間的接觸面積S(mm2)所得的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F(N)下通過(guò)壓頭(四方錐金剛石，相對(duì)面角=136?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度d(mm，兩個(gè)方向長(zhǎng)度的平均值)計(jì)算。k為常數(shù)(1/g=1/9.80665)。

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努氏硬度

Knoop Hardness

努氏硬度（符號(hào)HK）如以下公式所示，是通過(guò)將試驗(yàn)力除以壓痕投影面積A (mm2)所計(jì)算的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F通過(guò)按壓長(zhǎng)菱形金剛石壓頭(相對(duì)邊角為172?30'和130?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的較長(zhǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度d (mm)計(jì)算。努氏硬度也可以通過(guò)將顯微硬度試驗(yàn)機(jī)的維氏壓頭替換為努氏壓頭來(lái)測(cè)量。

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洛氏及表面洛氏硬度

Rockwell Hardness

洛氏硬度（符號(hào)HR）或洛氏表面硬度的測(cè)量之前，需先使用金剛石壓頭(尖端錐角：120?，尖端半徑：0.2mm)或球形壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球)向標(biāo)準(zhǔn)片施加預(yù)加載力，然后施加試驗(yàn)力，并恢復(fù)預(yù)加載力。

該硬度值由硬度公式得出，該公式以預(yù)加載力和試驗(yàn)力之間的壓痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度測(cè)試使用98.07N的預(yù)加載力，洛氏表面硬度測(cè)試則使用29.42N的預(yù)加載力。結(jié)合壓頭類(lèi)型、試驗(yàn)力和硬度公式一起提供的特定符號(hào)被稱(chēng)為標(biāo)尺。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)定義了各種相關(guān)硬度標(biāo)尺。

硬度試驗(yàn)機(jī)操作比較簡(jiǎn)單迅速， 可直接在原材料或零件表面上測(cè)試，因此被廣泛應(yīng)用。

硬度試驗(yàn)方法的選擇指南，供您參考：

硬度選擇指南

硬度選擇換算

1.努氏硬度與維氏硬度的換算 (1)以相同硬度的物體對(duì)努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據(jù)，分別對(duì)維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應(yīng)力進(jìn)行推導(dǎo)，再根據(jù)σHK=σHV得出：HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測(cè)得，誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時(shí)此公式誤差很大，失去參考價(jià)值。 (2)經(jīng)過(guò)推導(dǎo)與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為

經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該公式的最大相對(duì)換算誤差為0.75%，具有較高的參考價(jià)值。 2.洛氏硬度與維氏硬度的換算 (1)對(duì)Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式

進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：

此公式用我國(guó)公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。 (2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過(guò)對(duì)洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

本公式與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對(duì)照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。 ? (3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對(duì)洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討，得出公式：

本公式使用范圍小，誤差較大，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高時(shí)可以使用。 ?3.洛氏硬度與布氏硬度的換算

(1)對(duì)布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC=σHB得出換算公式

?? ? ? ? ? 計(jì)算結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對(duì)照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。 ? (2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式

公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高的情況下可以使用。 ?4.布氏硬度與維氏硬度的換算

布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式

此公式換算結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)換算值對(duì)照，換算誤差為±2HV。 5.努氏硬度與洛氏硬度的換算

因?yàn)榕嫌捕扰c洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類(lèi)似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為

審核編輯 ：李倩